Gra w kolorowanie wykresów
Kolorowanka wykresów to gra matematyczna związana z teorią grafów . Problemy z kolorowaniem gier powstały jako teoretyczne wersje dobrze znanych problemów z kolorowaniem grafów . W grze w kolorowanie dwóch graczy używa określonego zestawu kolorów do skonstruowania kolorowania wykresu , przestrzegając określonych zasad w zależności od gry, którą rozważamy. Jeden gracz próbuje pomyślnie zakończyć kolorowanie wykresu, podczas gdy drugi próbuje mu to uniemożliwić.
Gra w kolorowanie wierzchołków
Gra w kolorowanie wierzchołków została wprowadzona w 1981 roku przez Bramsa i ponownie odkryta dziesięć lat później przez Bodlaendera. Jego zasady są następujące:
- Alicja i Bob kolorują wierzchołki grafu G zbiorem k kolorów.
- Alicja i Bob na zmianę kolorują odpowiednio niepokolorowany wierzchołek (w wersji standardowej zaczyna Alicja).
- nie można poprawnie pokolorować wierzchołka v (dla dowolnego koloru, v ma sąsiada pokolorowanego nim), wtedy wygrywa Bob.
- Jeśli wykres jest całkowicie pokolorowany, Alicja wygrywa.
Liczba chromatyczna gry , oznaczona przez , to minimalna liczba kolorów potrzebnych Alicji do wygrania gry w kolorowanie wierzchołków na . , dla każdego mamy chromatyczną χ ( sol \ Displaystyle i .
W artykule Bodlaendera z 1991 roku złożoność obliczeniowa została pozostawiona jako „ interesujący otwarty problem ”. Dopiero w 2020 roku udowodniono, że gra jest PSPACE-Complete.
Związek z innymi pojęciami
Barwienie acykliczne. Każdy wykres acykliczną liczbą chromatyczną ma .
Gra w znakowanie. Dla każdego wykresu , gdzie , } to numer kolorowania gry . Prawie każda znana górna granica liczby chromatycznej wykresów w grze jest uzyskiwana z granic liczby kolorowania gry.
Ograniczenia cyklu na krawędziach. Jeśli każda krawędź wykresu należy co najwyżej do , to .
Klasy wykresów
Dla klasy oznaczamy liczbę całkowitą \ taki, że każdy wykres ≤ . Innymi słowy jest dokładną górną granicą chromatycznej liczby wykresów w tej klasie. Ta wartość jest znana dla kilku standardowych klas grafów i ograniczona dla niektórych innych:
- Lasy : . Znane są proste kryteria wyznaczania liczby chromatycznej gry lasu bez wierzchołka stopnia 3. Wyznaczenie liczby chromatycznej gry lasów o wierzchołkach stopnia 3 wydaje się trudne, nawet dla lasów o maksymalnym stopniu 3.
- kaktusy : .
- Wykresy płaszczyzny zewnętrznej : .
- Wykresy planarne : .
- Wykresy planarne danego obwodu : , , , .
- siatki toroidalne: .
- Częściowe k -drzewa : .
- sol ) ω jest dla wykresu wielkości jego największej kliki .
Produkty kartezjańskie. Gra liczba chromatyczna iloczynu kartezjańskiego funkcją i . W szczególności liczba chromatyczna gry dowolnego pełnego wykresu dwudzielnego jest równa 3, ale nie ma górnej granicy dla dla dowolnego . Z drugiej strony liczba chromatyczna gry ograniczona powyżej funkcją i . W szczególności, jeśli i oba są co najwyżej , wtedy .
- Dla pojedynczej krawędzi mamy:
- Dla gwiazd mamy:
- Drzewa :
- Koła : jeśli
- Kompletne wykresy dwudzielne : jeśli
Otwarte problemy
Te pytania są nadal otwarte do tej daty.
-
Załóżmy, że Alicja ma zwycięską strategię w grze kolorowania wierzchołków na grafie G z k kolorami. Czy ona ma jeden dla k+1 kolorów? Można by oczekiwać odpowiedzi „tak”, ponieważ posiadanie większej liczby kolorów wydaje się zaletą dla Alicji. Jednak nie ma dowodów na to, że to stwierdzenie jest prawdziwe. -
Czy istnieje funkcja f taka, że jeśli Alicja ma zwycięską strategię w grze kolorowania wierzchołków na grafie G z k kolorami, to Alicja ma zwycięską strategię na G z f(k) ? Relaksacja poprzedniego pytania.
- Załóżmy, że monotoniczna klasa grafów (tj. klasa grafów zamkniętych podgrafami) ma ograniczoną liczbę chromatyczną gry . Czy to prawda, że ta klasa grafów ma ograniczoną liczbę kolorów w grze ?
- Załóżmy, że monotoniczna klasa grafów (tj. klasa grafów zamkniętych podgrafami) ma ograniczoną liczbę chromatyczną gry . Czy to prawda, że ta klasa grafów ma ograniczoną arboryczność ?
- Czy to prawda, że monotoniczna klasa grafów ograniczonej liczby chromatycznej gier ma ograniczoną acykliczną liczbę chromatyczną ?
- Przypuszczenie: Czy lasem, istnieje taki, że istnieje i .
- Niech klasą wykresów taką, że dla każdego istnieje takie, że i . Jakie rodziny grafów są w ?
-
Czy to prawda, hipersześcianu Q_ Wiadomo, że jest to prawdziwe dla .
Gra w kolorowanie krawędzi
Gra w kolorowanie krawędzi , wprowadzona przez Lama, Shiu i Zu, jest podobna do gry w kolorowanie wierzchołków, z wyjątkiem tego, że Alicja i Bob konstruują odpowiednie kolorowanie krawędzi zamiast właściwego kolorowania wierzchołków. Jego zasady są następujące:
- Alicja i Bob kolorują krawędzie wykresu G zestawem k kolorów.
- Alicja i Bob na zmianę kolorują właściwie niepokolorowaną krawędź (w standardowej wersji zaczyna Alicja).
- Jeśli krawędzi e nie da się odpowiednio pokolorować (dla dowolnego koloru e sąsiaduje z krawędzią nią pokolorowaną), to Bob wygrywa.
- Jeśli wykres jest całkowicie pokolorowany krawędziami, Alicja wygrywa.
Chociaż tę grę można uznać za szczególny przypadek gry w kolorowanie wierzchołków na wykresach liniowych , w literaturze naukowej uważa się ją głównie za odrębną grę. Indeks chromatyczny gry , przez , Alicji do wygrania na .
Sprawa ogólna
Dla każdego wykresu sol , . Istnieją grafy osiągające te granice, ale wszystkie znane nam grafy, które osiągają tę górną granicę, mają mały stopień maksymalny. Istnieją wykresy z dla dowolnych dużych wartości .
Przypuszczenie. Istnieje , że dla dowolnego dowolnego wykresu χ . To przypuszczenie jest prawdziwe, gdy jest wystarczająco duży w porównaniu z liczbą wierzchołków w .
- Arboryczność. Niech za będzie arborycznością wykresu . Każdy maksymalnym stopniu ma .
Klasy wykresów
Dla klasy oznaczamy najmniejszą liczbę całkowitą do taki, że każdy wykres ma sol . Innymi słowy, jest dokładną górną granicą indeksu chromatycznego wykresów w tej klasie. Ta wartość jest znana dla kilku standardowych klas grafów i ograniczona dla niektórych innych:
Otwarte problemy
Górna granica. Czy istnieje stała że dla każdego wykresu ? Jeśli to wystarczy
Hipoteza o dużych minimalnych stopniach. Istnieje i liczba całkowita taka, że dowolny wykres z spełnia .
Gra w kolorowanie incydentów
Gra w kolorowanie częstości to gra w kolorowanie grafów, wprowadzona przez Andresa i podobna do gry w kolorowanie wierzchołków, z wyjątkiem tego, że Alicja i Bob konstruują właściwe kolorowanie częstości zamiast właściwego kolorowania wierzchołków. Jego zasady są następujące:
- Alicja i Bob kolorują częstości występowania grafu G zbiorem k kolorów.
- Alicja i Bob na zmianę odpowiednio kolorują bezbarwną instancję (w wersji standardowej zaczyna Alicja).
- Jeśli incydentu i nie da się odpowiednio pokolorować (dla dowolnego koloru i sąsiaduje z incydentem pokolorowanym nim), to Bob wygrywa.
- Jeśli wszystkie incydenty są odpowiednio pokolorowane, Alicja wygrywa.
Liczba chromatyczna gry występowania na przez to liczba kolorów potrzebnych Alicji do wygrania .
Dla każdego wykresu maksymalnym stopniu mamy .
Relacje z innymi pojęciami
-
(a,d) -Rozkład . Jest to najlepsza górna granica, jaką znamy dla ogólnego przypadku. Jeśli krawędzie wykresu na dwa zestawy, jeden z nich indukuje wykres z , drugi indukuje wykres o maksymalnym stopniu, a za
. Jeśli ponadto , to . - Degeneracja. Jeśli jest 2 wykresem maksymalnym stopniu , . Co więcej, gdy i ja gdy .
Klasy wykresów
Dla klasy wykresów oznaczamy przez najmniejszą liczbę całkowitą taki, że każdy wykres z do ma ja .
- Ścieżki : dla , .
- Cykle : dla , .
- Gwiazdy : dla , .
- Koła : dla , . k , .
- Podgrafy kół : Dla jest podgrafem jako W podwykres, to .
Otwarte problemy
- górna dla ?
- Czy liczba chromatyczna gry o incydencie jest parametrem monotonicznym (tzn. czy jest co najmniej tak duża dla grafu G jak dla dowolnego podgrafu G )?
Notatki
Referencje (porządek chronologiczny)
- Gardner, Martin (1981). „Gry matematyczne”. Naukowy Amerykanin . Tom. 23.
- Bodlaender, Hans L. (1991). „O złożoności niektórych gier w kolorowanie”. Graf-teoretyczne koncepcje w informatyce . Notatki z wykładów z informatyki . Tom. 484. s. 30–40. CiteSeerX 10.1.1.18.9992 . doi : 10.1007/3-540-53832-1_29 . ISBN 978-3-540-53832-5 .
- Faigle, Ulrich; Kern, Walter; Kierstead, Henry A.; Kłusak, William T. (1993). „O grze Liczba chromatyczna niektórych klas wykresów” (PDF) . Ars Combinatoria . 35 (17): 143–150.
- Kierstead, Henry A.; Trotter, William T. (1994). „Kolorowanie wykresów planarnych z partnerem niechętnym do współpracy” (PDF) . Dziennik teorii grafów . 18 (6): 564–584. doi : 10.1002/jgt.3190180605 .
- Diński, Tomasz; Zhu, Xuding (1999). „Granica chromatycznej liczby wykresów w grze” . Matematyka dyskretna . 196 (1–3): 109–115. doi : 10.1016/s0012-365x(98)00197-6 .
- Guan, DJ; Zhu, Xuding (1999). „Gra chromatyczna liczba grafów zewnętrznych”. Dziennik teorii grafów . 30 (1): 67–70. doi : 10.1002/(sici)1097-0118(199901)30:1<67::aid-jgt7>3.0.co;2-m .
- Lam, Peter CB; Shiu, Wai C.; Xu, Baogang (1999). „Kolorowanie wykresów w grze Edge” (PDF) . Notatki z teorii grafów NY . 37 : 17–19.
- Zhu, Xuding (1999). „Gra w kolorowanie liczby grafów planarnych” . Dziennik teorii kombinatorycznej, seria B. 75 (2): 245–258. doi : 10.1006/jctb.1998.1878 .
- Kierstead, Henry A. (2000). „Prosty algorytm kolorowania wykresów konkurencyjnych” . Dziennik teorii kombinatorycznej, seria B. 78 (1): 57–68. doi : 10.1006/jctb.1999.1927 .
- Zhu, Xuding (2000). „Gra kolorująca liczbę pseudo częściowych k -drzew” . Matematyka dyskretna . 215 (1–3): 245–262. doi : 10.1016/s0012-365x(99)00237-x .
- Cai, Leizhen; Zhu, Xuding (2001). „Indeks chromatyczny gry k -zdegenerowanych” . Dziennik teorii grafów . 36 (3): 144–155. doi : 10.1002/1097-0118(200103)36:3<144::aid-jgt1002>3.0.co;2-f .
- On, Wenjie; Hou, Xiaoling; Lih, Ko-Wei; Shao, Jiating; Wang, Weifan; Zhu, Xuding (2002). „Podziały krawędziowe grafów planarnych i ich numery do kolorowania gier”. Dziennik teorii grafów . 41 (4): 307–311. doi : 10.1002/jgt.10069 . S2CID 20929383 .
- Erdös, Peter L.; Faigle, Ulrich; Hochstättler, Winfried; Kern, Walter (2004). „Uwaga na temat indeksu chromatycznego drzew” . Informatyka teoretyczna . 313 (3): 371–376. doi : 10.1016/j.tcs.2002.10.002 .
- Andres, Stephan D. (2006). „Wskaźnik chromatyczny gry lasów o maksymalnym stopniu Δ ⩾ 5” . Dyskretna matematyka stosowana . 154 (9): 1317–1323. doi : 10.1016/j.dam.2005.05.031 .
- Bartnicki Tomasz; Grytczuk, Jarosław; Kierstead, Ha; Zhu, Xuding (2007). „Gra w kolorowanie map” (PDF) . Amerykański miesięcznik matematyczny . 114 (9): 793–803. doi : 10.1080/00029890.2007.11920471 . JSTOR 27642332 . S2CID 15901267 .
- Peterin, Iztok (2007). „Gra chromatyczna liczba wykresów produktów kartezjańskich”. Notatki elektroniczne w matematyce dyskretnej . 29 : 353–357. CiteSeerX 10.1.1.107.111 . doi : 10.1016/j.endm.2007.07.060 .
- Sidorowicz, Elżbieta (2007). „Liczba chromatyczna gry i liczba kaktusów do kolorowania gry” . Listy dotyczące przetwarzania informacji . 102 (4): 147–151. doi : 10.1016/j.ipl.2006.12.003 .
- Bartnicki Tomasz; Grytczuk, Jarosław (2008). „Uwaga na temat chromatycznego indeksu wykresów w grze”. Grafy i kombinatoryka . 24 (2): 67–70. doi : 10.1007/s00373-008-0774-z . S2CID 19373685 .
- Beveridge, Andrew; Bohman, Tom; Friezeb, Alan; Pichurko, Oleg (2008). „Indeks chromatyczny wykresów gier z podanymi ograniczeniami dotyczącymi stopni” . Informatyka teoretyczna . 407 (1–3): 242–249. doi : 10.1016/j.tcs.2008.05.026 .
- Zhu, Xuding (2008). „Udoskonalona strategia aktywacji gry znakowania” . Dziennik teorii kombinatorycznej, seria B. 98 (1): 1–18. doi : 10.1016/j.jctb.2007.04.004 .
- Andres, Stefan D. (2009). „Liczba chromatyczna gry o częstości występowania” . Dyskretna matematyka stosowana . 157 (9): 1980–1987. doi : 10.1016/j.dam.2007.10.021 .
- Andres, Stefan D. (2009). „Erratum to: Liczba chromatyczna gry o częstości występowania” . Dyskretna matematyka stosowana . 158 (6): 728. doi : 10.1016/j.dam.2009.11.017 .
- Raspaud, Andrzej; Wu, Jiaojiao (2009). „Gra chromatyczna liczba siatek toroidalnych”. Listy dotyczące przetwarzania informacji . 109 (21–22): 1183–1186. doi : 10.1016/j.ipl.2009.08.001 .
- Sia, Charmaine (2009). „Gra chromatyczna liczba niektórych rodzin wykresów produktów kartezjańskich” (PDF) . AKCE International Journal of Graphs and Combinatoryics . 6 (2): 315–327. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 14.11.2011 . Źródło 2014-07-16 .
- Junosza-Szaniawski, Konstanty; Rożej, Łukasz (2010). „Gra chromatyczna liczba grafów z lokalnie ograniczoną liczbą cykli” . Listy dotyczące przetwarzania informacji . 110 (17): 757–760. doi : 10.1016/j.ipl.2010.06.004 .
- Kim, John Y. (2011). „Gra o częstość chromatyczną liczby ścieżek i podgrafów kół” . Dyskretna matematyka stosowana . 159 (8): 683–694. doi : 10.1016/j.dam.2010.01.001 .
- Charpentier, Klemens; Sopena, Éric (2013). Gra w kolorowanie incydentów i arboryczność wykresów . Notatki z wykładów z informatyki . Tom. 8288. s. 106–114. ar Xiv : 1304.0166 . doi : 10.1007/978-3-642-45278-9_10 . ISBN 978-3-642-45277-2 . S2CID 14707501 .
- Chan, Wai H.; Nong, Ge (2014). „Indeks chromatyczny gry niektórych drzew o maksymalnym stopniu 4” . Dyskretna matematyka stosowana . 170 : 1–6. doi : 10.1016/j.dam.2014.01.003 .
- Sekigushi, Yosuke (2014). „Gra w kolorowanie liczby grafów planarnych o danym obwodzie” . Matematyka dyskretna . 300 : 11-16. doi : 10.1016/j.disc.2014.04.011 .
- Charpentier, Klemens; Sopena, Éric (2014). „Liczba chromatyczna gry częstości (a, d) -rozkładalnych grafów” . Dziennik algorytmów dyskretnych . 31 : 14–25. doi : 10.1016/j.jda.2014.10.001 .
- Dunn, Karol; Larsen, Victor; Lindke, Kira; Retter, Troja; Toci, Dustin (2014). „Gra liczba chromatyczna drzew i lasów”. arXiv : 1410,5223 [ matematyka.CO ].
- Costa, Eurinardo; Pessoa, Victor Lage; Soares, Ronan; Sampaio, Rudini (2020). „PSPACE-kompletność dwóch gier do kolorowania wykresów” . Informatyka teoretyczna . 824-825: 36-45. doi : 10.1016/j.tcs.2020.03.022 . S2CID 218777459 .
- Bradshaw, Peter (2021). „Kolorowanie wykresów z ograniczonymi dwukolorowymi podgrafami: II. Gra w kolorowanie wykresów”. Dziennik teorii grafów . 100 (2): 371–383. arXiv : 2008.13275 . doi : 10.1002/jgt.22786 . S2CID 221377336 .